آموزش و صفر تا صد تولید شمش آهن از ضایعات در ایران
شمش آهن حاصل بازیافت هوشمندانه ضایعات فلزی، امروز به عنوان یکی از ارکان اصلی صنعت فولاد و توسعه پایدار شناخته می شود.
در شرایطی که منابع طبیعی محدود و هزینه استخراج سنگ‌آهن رو به افزایش است، تولید شمش از ضایعات یک ایدلوژی بزرگ برای صنعت های ساختمان‌سازی، خودروسازی و پروژه های زیرساختی است، و حتی کسب و کارهای نوپا است.
ما در شرکت آهن123 ، مراحل تولید شمش آهن از ضایعات، تجهیزات موردنیاز، مزایا، چالش‌ها و آینده این صنعت به‌زبان ساده اما تخصصی بررسی میکنیم.
اهمیت بازیافت آهن و فولاد
بازیافت آهن و فولاد یکی از اصلی‌ترین راهکارها برای مدیریت منابع طبیعی و کاهش اثرات زیست‌محیطی است.
با توجه به مصرف بالای فولاد در صنایع مختلف، حجم ضایعات آهنی نیز به‌طور چشمگیری افزایش یافته است.
تولید شمش آهن از ضایعات این امکان را فراهم می کند که:
- استفاده از ضایعات به‌جای سنگ آهن، هزینه های استخراج و فرآوری مواد اولیه را به‌طور قابل توجهی کاهش می دهد.
- بازیافت آهن، نیاز به استخراج معادن را کاهش داده و از تخریب زمین و انتشار گازهای گلخانه‌ای جلوگیری می کند.
- تولید فولاد از ضایعات تا ۷۴ درصد انرژی کمتری نسبت به روش های سنتی مصرف می کند.
- بازیافت ضایعات، حجم زباله های صنعتی و خانگی را کاهش می دهد.
تاریخچه بازیافت آهن
ریشه های بازیافت فلزات به دوران باستان بازمی گردد، زمانی که انسان ها ابزار و ظروف شکسته را ذوب کرده و دوباره استفاده می کردند.
اما در دوران مدرن، با ظهور انقلاب صنعتی در قرن نوزدهم، حجم تولید فولاد و ضایعات آهنی به طور چشمگیری افزایش یافت.
در قرن بیستم، با توسعه فناوری های کوره های القایی و قوس الکتریکی، بازیافت آهن به یک صنعت پیشرفته تبدیل شد.
این کوره ها امکان ذوب حجم بالای ضایعات با راندمان بالا را فراهم کردند.
همچنین، اختراع ماشین‌های ریخته‌گری مداوم (CCM) در دهه های میانی قرن بیستم، تولید شمش با کیفیت بالا و هزینه کمتر را ممکن ساخت.
در ایران، صنعت بازیافت آهن از دهه های گذشته با رشد صنایع فولادسازی توسعه یافت.
کارخانه های متعددی در کشور، مانند مجتمع های فولاد مبارکه و ذوب آهن اصفهان و واحد های کوچک‌تر، بخش قابل توجهی از مواد اولیه خود را از ضایعات تأمین می کنند.
این روند با سیاست های حمایت از تولید داخلی و کاهش وابستگی به واردات تقویت شده است.
مراحل اصلی فرآیند تولید شمش آهن از ضایعات
فرآیند تولید شمش آهن از ضایعات یک زنجیره دقیق و چندمرحله‌ای است که تلفیقی از فناوری های نوین و مهارت انسانی را می طلبد.
هر مرحله مستقیماً بر کیفیت نهایی شمش، صرفه‌جویی در هزینه ها و کاهش اثرات زیست محیطی نقش دارد.
بازرسی اولیه و جداسازی مواد نامناسب
در این مرحله، ضایعات ورودی از نظر وجود مواد غیرفلزی مانند پلاستیک، چوب، بتن و همچنین مواد خطرناک نظیر باتری‌ها یا مخازن تحت فشار بررسی می شوند.
روش های کاربردی شامل مشاهده مستقیم توسط کارشناسان زبده و استفاده از جرثقیل‌های آهنربایی برای جدا کردن فلزات آهنی از غیرآهنی است.
این کار از ورود ناخالصی به کوره و آسیب به تجهیزات جلوگیری می کند.
تفکیک اولیه بر اساس ویژگی های فیزیکی
ضایعات فلزی پس از بازرسی به‌صورت دسته‌بندی شده بر پایه نوع، وزن و ابعاد مرتب می شوند.
برای این منظور، تجهیزات صنعتی شامل جرثقیل‌های مغناطیسی، تسمه‌نقاله‌های مکانیزه و دستگاه‌های پرس هیدرولیکی برای فشرده‌سازی ضایعات حجیم به‌کار می روند.
نتیجه این مرحله، ضایعاتی آماده برای عملیات تفکیک دقیق تر است.
تفکیک ثانویه و آماده سازی پیشرفته
در این بخش، آنالیز ترکیب شیمیایی ضایعات با استفاده از دستگاه های طیف‌سنجی فلزی انجام می شود تا درصد عناصر اصلی مانند کربن، سیلیسیوم و منگنز تعیین گردد.
سپس عملیات خردایش و برش با ابزارهایی همچون گیوتین صنعتی، برش پلاسما یا خردکن های سنگین برای رسیدن به اندازه و فرم استاندارد صورت می‌پذیرد.
در نهایت، ضایعات دارای پوشش گالوانیزه یا رنگی با روش‌های شیمیایی نظیر اسیدشویی یا حرارتی، آماده برای ذوب می شوند.
انواع ضایعات و روش های تفکیک
| نوع ضایعات | روش تفکیک | تجهیزات مورد استفاده | ملاحظات |
| فولادی ساده | مغناطیسی، بصری | جرثقیل مگنت، تسمه نقاله | شامل ضایعات ماشین‌آلات، میلگرد، قطعات ساختمانی |
| چدنی | بصری، ابعادی | دستگاه برش، گیوتین | کربن بالا، نیاز به کنترل ترکیب شیمیایی |
| گالوانیزه | شیمیایی (اسیدشویی)، حرارتی | حمام اسید، کوره های تبخیر پوشش | حذف پوشش روی برای جلوگیری از آلودگی مذاب |
| رنگی | حرارتی، مکانیکی | کوره های تبخیر رنگ، برس‌های سیمی | حذف رنگ برای بهبود کیفیت مذاب |
| آلیاژی | آنالیز شیمیایی (طیف‌سنجی) | اسپکترومتر، نمونه‌برداری | مناسب برای تولید فولادهای آلیاژی خاص |
| غیرفلزی | مغناطیسی، بصری | تسمه نقاله، آهنربا | جداسازی مس، آلومینیوم، پلاستیک |
نسوزکاری کوره ها
کوره های ذوب تحت دماهای بالا و سایش شیمیایی و مکانیکی قرار دارند. بنابراین، استفاده از مواد نسوز برای حفاظت از بدنه کوره ضروری است.
آماده‌سازی کوره: حذف سرباره، فلز مذاب باقی‌مانده و لایه نسوز فرسوده.
نصب مواد نسوز: استفاده از آجرهای نسوز، بتن‌های نسوز یا مواد ریختنی برای ایجاد لایه محافظ.
پخت نسوز: گرمایش تدریجی کوره برای تثبیت لایه نسوز.
ذوب ضایعات
این مرحله، قلب فرآیند تولید شمش است که در آن ضایعات به فلز مذاب تبدیل می شوند. دو نوع کوره اصلی در این فرآیند استفاده می شوند.
کوره القایی
مکانیزم: القای جریان الکتریکی در فلز از طریق کویل مسی، ایجاد جریان‌های گردابی و گرمایش.
مزایا: کنترل دقیق دما و ترکیب شیمیایی، مناسب برای ظرفیت‌های متوسط، مصرف انرژی کمتر.
کاربرد: تولید فولادهای آلیاژی با کیفیت بالا.
کوره قوس الکتریکی
مکانیزم: ایجاد قوس الکتریکی بین الکترودهای کربنی و ضایعات برای تولید حرارت.
مزایا: مناسب برای تولید انبوه، توانایی ذوب حجم بالای ضایعات.
چالش ها: مصرف انرژی بالاتر، نیاز به سیستم‌های کنترل آلودگی.
مقایسه کوره های القایی و قوس الکتریکی
| ویژگی | کوره القایی (IF) | کوره قوس الکتریکی (EAF) |
| منبع حرارت | القای جریان الکتریکی | قوس الکتریکی بین الکترود و فلز |
| مصرف انرژی | کمتر، راندمان حرارتی بالا | بیشتر، وابسته به کیفیت الکترود |
| ظرفیت تولید | متوسط (چند تن تا چند صد تن) | بالا (چند ده تن تا ۴۰۰ تن) |
| هزینه نصب | کمتر | بیشتر |
| انعطاف‌پذیری در آلیاژها | بالا، مناسب برای فولادهای خاص | متوسط، مناسب برای فولادهای کربنی |
| دقت کنترل کیفیت | بالا، کنترل دقیق دما و ترکیب | متوسط، چالش در کنترل دقیق |
| زمان ذوب | کوتاه‌تر | طولانی‌تر |
| سطح صدا و آلودگی | کمتر | بیشتر |
ریخته گری مداوم
پس از ذوب، فلز مذاب به ماشین ریخته‌گری مداوم منتقل می شود تا به شمش تبدیل شود.
جریان مذاب: انتقال فلز مذاب از پاتیل به تاندیش و سپس به قالب مسی خنک‌شونده.
انجماد اولیه: تشکیل پوسته جامد در قالب مسی.
خنک کاری ثانویه: استفاده از اسپری آب برای انجماد کامل.
برش: برش شمش به طول های استاندارد با قیچی یا مشعل.
نورد شمش
شمش‌های تولیدشده پس از ریخته‌گری برای تبدیل به محصولات نهایی مانند میلگرد، نبشی یا تیرآهن نورد می شوند.
گرمایش مجدد (اختیاری): گرم کردن شمش در کوره های نورد برای نورد گرم.
نورد گرم: کاهش ابعاد و شکل‌دهی به محصول نهایی با عبور از غلتک‌ها.
محصولات نهایی: میلگرد، نبشی، ناودانی، تیرآهن، مفتول.
محصولات قابل تولید از شمش آهن
| محصول | کاربرد اصلی | ابعاد معمول | توضیحات |
| میلگرد | ساختمان سازی، سازه های بتنی مسلح | قطر ۸ تا ۳۲ میلی‌متر | استحکام بخشی به بتن |
| نبشی | سازه های فلزی، شاسی ماشین‌آلات | ضلع ۳۰×۳۰ تا ۹۰×۹۰ میلی‌متر | اتصال قطعات فلزی |
| ناودانی | سازه های فلزی، پل‌ها، سقف‌ها | ارتفاع ۵۰ تا ۳۰۰ میلی‌متر | تحمل بار، انتقال آب |
| تیرآهن | اسکلت فلزی ساختمان‌های بلند، پل‌ها | IPE 14 تا IPE 30، IPN، H | تحمل بارهای فشاری و خمشی |
| مفتول | تولید سیم، میخ، پیچ، توری | قطر ۵.۵ تا ۱۲ میلی‌متر | برای محصولات مفتولی |
| ورق (از اسلب) | خودروسازی، لوازم خانگی، ساخت مخازن | ضخامت ۱ تا ۵۰ میلی‌متر | تولید ورق های فلزی، کویل و کلاف |
تجهیزات مورد نیاز برای تولید شمش آهن از ضایعات
برای راه‌اندازی یک واحد تولید شمش آهن از ضایعات، تجهیزات زیر لازم است:
سیستم جمع‌آوری و آماده سازی ضایعات
- لودر، جرثقیل مگنت‌دار، لیفتراک.
- دستگاه های برش (گیوتین، پلاسما)، خردکننده (Shredder)، پرس‌قراضه.
کوره های ذوب
- کوره القایی: کویل، بوته نسوز، سیستم خنک‌کننده.
- کوره قوس الکتریکی: الکترودهای کربنی، ترانسفورماتور، سیستم فیلتراسیون گرد و غبار.
سیستم انتقال مذاب
- پاتیل و تاندیش برای انتقال فلز مذاب.
- قالب مسی، سیستم خنک‌کاری، مکانیزم کشنده، دستگاه برش.
- سیستم خنک‌کاری آب، جرثقیل‌های سقفی، آزمایشگاه کنترل کیفیت (اسپکترومتر، میکروسکوپ).
- پست فشار قوی، تابلو PLC برای اتوماسیون.
روش های مختلف تولید شمش آهن از ضایعات
سه روش داریم! که هر سه روش را معرفی می کنیم تا مناسب ترین را برای خودتون انتخاب کنید.
روش کوره بلند
در روش کوره بلند، ضایعات آهن به همراه سنگ آهن در دمای بسیار بالا ذوب شده و با تزریق اکسیژن، ناخالصی‌ها به‌طور کامل حذف می شوند.
این فناوری قدیمی اما قدرتمند، برای تولید انبوه شمش با کیفیت ممتاز کاربرد دارد و محصولی یک‌دست و خالص ارائه می دهد.
هرچند هزینه سرمایه‌گذاری و نیاز به زیرساخت‌های پیچیده، استفاده از این روش را بیشتر به کارخانه‌های بزرگ محدود می کند.
روش کوره احیا مستقیم (قوس الکتریکی)
کوره قوس الکتریکی ترکیبی از ضایعات فلزی، آهن اسفنجی و بریکت را با تخلیه قوس الکتریکی ذوب می کند، سپس سرباره شکل گرفته و مذاب به قالب‌های مسی انتقال می یابد.
انعطاف‌پذیری بالا و امکان تنظیم تولید متناسب با نیاز بازار، این روش را محبوب کرده است.
با این حال، مصرف بالای انرژی و الزام به سیستم‌های پیشرفته کنترل آلودگی از چالش‌های آن محسوب می شود.
روش کوره تونلی (القایی)
در کوره القایی، ضایعات با استفاده از میدان مغناطیسی و جریان الکتریکی به سرعت ذوب می شوند و فرآیندی پاک و دقیق شکل می‌گیرد.
راندمان بالا، سرعت تولید و نیاز کمتر به زیرساخت پیچیده، این روش را مناسب کارگاه‌های کوچک و متوسط ساخته است.
البته ظرفیت تولید محدودتر آن نسبت به روش قوس الکتریکی، باعث می شود برای تولید انبوه انتخاب اول نباشد.
مزایا و چالش های تولید شمش آهن از ضایعات
| مزایا | چالش‌ها |
| کاهش هزینه مواد اولیه | نیاز به سرمایه‌گذاری سنگین برای تجهیزات پیشرفته |
| صرفه‌جویی تا ۷۴٪ در مصرف انرژی | حساسیت کیفیت ضایعات ورودی |
| جلوگیری از استخراج بی‌رویه معادن | هزینه‌بر بودن تعمیرات کوره‌ها و دستگاه‌ها |
| کاهش حدود ۱.۴ تن CO₂ به ازای هر تن فولاد | آلودگی زیست‌محیطی (گرد و غبار، سرباره) |
| ایجاد اشتغال در جمع‌آوری و فرآوری ضایعات | نوسانات قیمت ضایعات و محصولات نهایی |
| افزایش خودکفایی و کاهش وابستگی به واردات | نیاز به سیستم‌های فیلتراسیون و کنترل آلودگی |
جمع بندی
تولید شمش آهن از ضایعات فقط یک روش بازیافت ساده نیست؛ یک استراتژی هوشمندانه برای کاهش هزینه ها، حفظ منابع طبیعی و کمک به محیط‌زیست است.
این فرآیند با عبور از مراحل دقیق مثل تفکیک و آماده‌سازی ضایعات، ذوب، ریخته‌گری و حتی نورد، محصولی ارزشمند و پرکاربرد را به صنایع بزرگ مثل ساختمان‌سازی و خودروسازی می‌رساند.
انتخاب فناوری مناسب مثل کوره‌های القایی یا قوس الکتریکی و توجه جدی به کنترل کیفیت، باعث می شود شمش های تولیدی نه تنها مطابق استانداردهای جهانی باشند، بلکه به رشد پایدار و رقابت‌پذیری صنعت فولاد ایران هم کمک کنند.
برای استعلام از قیمت و خرید انواع آهن آلات به سایت آهن123 سر بزنید.
